專利名稱：一種人造石墨的制備方法及其應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人造石墨的制備方法及其應用，具體地說涉及一種以浙青為原料的人造石墨的制備方法及其用于制備鋰離子電池負極材料的應用。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有工作電壓高、比能量大、放電電位曲線平穩(wěn)、自放電小、循環(huán)壽命長、低溫性能好、無記憶、無污染等突出的優(yōu)點，廣泛用于移動通訊、筆記本電腦、攝放一體機等小型電子裝置，也是未來電動交通工具使用的理想電源。鋰離子電池能否成功應用，關(guān)鍵在于能可逆地嵌入脫嵌鋰離子的負極材料的制備。盡管被研究的鋰離子電池負極材料多種多樣，而真正應用于生產(chǎn)中的負極材料還是以碳質(zhì)材料為主。天然石墨具有聞的結(jié)晶度，因而有大的容量.但是由于是以片狀(flaky),或鱗 片狀(scale-like)存在，形狀是扁的，在涂布成電極片時，鱗片狀顆粒大多以平行于集電片的取向存在。鋰離子不能從基本面(002面)嵌入或解嵌，只能從側(cè)面(110)面嵌入或解嵌，鋰離子要繞道而行，使充電和放電速度受阻礙.所以在大電流充電和放電時受到限制，容量偏低或以金屬鋰樹枝存在于負極表面引起安全事故.人造石墨化的材料MCMB具有球形，邊緣面積占比例大，鋰離子進出相對容易，適于快速充電和放電.但是，由于低的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，電容量只有300 mAh/g.這一點比石墨差。因此，改進天然石墨的性能并降低其生產(chǎn)成本對提高鋰離子電池負極材料性能具有十分重要的意義。中國專利CN1331253C公開了一種鋰離子電池負極材料的制造方法，其將石墨與包覆材料與溶劑混合后依次經(jīng)脫溶劑、包覆層微膠囊化、炭化和石墨化步驟制備得到人造石墨，該方法的制備工藝繁瑣，生產(chǎn)成本和能耗均較高。中國專利申請CN101816084A公開了一種鋰離子二次電池負極用人造石墨，其通過X射線衍射方法改進了石墨化處理的條件得到所述人造石墨，但采用該方法制得的人造石墨難以達到鋰離子電池的應用需求，且工藝不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種原料豐富、工藝簡單、成本低廉、性能優(yōu)良的人造石墨制備方法及其應用，該方法只需聚合、炭化、石墨化和粉碎四步即可生產(chǎn)出性能優(yōu)良的人造石墨，使用該生產(chǎn)方法制備得到的人造石墨用于制備得到鋰離子電池負極材料具有首次效率和首次容量高、電極膨脹系數(shù)低的優(yōu)點，適合在電子行業(yè)推廣。本發(fā)明所述人造石墨的制備方法包括如下步驟
(1)聚合以浙青為原料，將浙青放入反應釜中，控制溫度為35(T480°C、攪拌轉(zhuǎn)速為40(Tl000r/min進行聚合反應即可制得中間相浙青；
(2)炭化處理將中間相浙青在600-1500°C下進行炭化處理；
(3)石墨化處理將上述經(jīng)炭化處理的中間相浙青進行石墨化處理即可得到人造石墨，其中石墨化處理的處理溫度為2400-3000°C。
上述所述的人造石墨的制造方法中，所述浙青為普通中溫浙青或改質(zhì)浙青，其質(zhì)量要求優(yōu)選為軟化點在80-110°C，灰分小于等于1%。上述所述的人造石墨的制造方法中，所述步驟(I)中聚合反應壓力優(yōu)選為0. Ol-lOMpa，聚合時間優(yōu)選為3 24h。所述步驟(3)中石墨化處理的處理時間為l_5h。作為本發(fā)明所優(yōu)選的一種實施方式，上述人造石墨的制備方法中步驟(3)中石墨化處理的處理溫度為3000°C，處理時間為5h。本發(fā)明還提供一種上述制備方法所制備得到的人造的石墨的應用，即用于制備鋰離子電池負極材料的應用。其中所制備得到的人造石墨可以直接用于制備鋰離子電池負極材料或者與其他材料混合后制備鋰離子電池負極 材料，其它材料優(yōu)選為天然碳材料。所述應用包括粉碎步驟，即將人造石墨或人造石墨混合材料粉碎即可得到鋰離子電池負極材料。采用本發(fā)明人造石墨的制備方法制備得到鋰離子電池負極材料首次效率可達94-96%，首次容量高達350mAh/g，高倍率放電性能好，且組裝電池后電極膨脹系數(shù)很小，控制在3%以內(nèi)，大大提高了電池的性能。本發(fā)明實施例6表明采用本發(fā)明人造石墨制成的鋰離子電池負極材料的性能達到或優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)制備得到的負極材料性能，特別優(yōu)于天然鱗片石墨制備得到的電極負極材料性能。具體而言，本發(fā)明制備方法得到的人造石墨與天然石墨相容效果好，且性能更為優(yōu)異，其首次容量高于人造石墨單獨使用時，電極膨脹系數(shù)更小，首次效率無顯著性差異。其中采用本發(fā)明實施例1制備得到的人造石墨與天然鱗片石墨以1:1混合時的鋰離子電池負極材料性能最佳。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和積極效果
1)本發(fā)明采用浙青為原料制備人造石墨，其來源豐富，價格低廉、可以大大降低人造石墨的生產(chǎn)成本，
2)本發(fā)明人造石墨的制備方法工藝簡單，無需多次粉碎混合以及二次石墨化，大大降低了能耗以及節(jié)約了成本，而且提高了原料的利用率。采用本發(fā)明制備方法得到的人造石墨可以制備或與其他材料混合制備鋰離子電池負極材料，制備得到的鋰離子電池負極材料具有首次效率和首次容量高，電極膨脹系數(shù)小的優(yōu)點，有廣闊的電子工業(yè)應用前景。
具體實施例方式以下通過具體實施例進一步說明本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應該知曉，下述實施例并不以任何方式限制本發(fā)明。實施例1本發(fā)明人造石墨的制備方法
采用浙青為原料，將浙青放入反應釜中，控制溫度為350°C下以1000r/min的攪拌速率聚合24h制得中間相浙青，聚合壓力為4. 5Mpa ;將中間相浙青在600°C下進行炭化處理；將經(jīng)炭化處理的中間相浙青在3000°C下進行石墨化處理3h即可得到本發(fā)明人造石墨。實施例2本發(fā)明人造石墨的制備方法
采用浙青為原料，將浙青放入反應釜中，控制溫度為380°C下以600r/min的攪拌速率聚合20h制得中間相浙青，聚合壓力為3Mpa ;將中間相浙青在700°C下進行炭化處理；將經(jīng)炭化處理的中間相浙青在2900°C下進行石墨化處理3h即可得到本發(fā)明人造石墨。
實施例3本發(fā)明人造石墨的制備方法
采用浙青為原料，將浙青放入反應釜中，控制溫度為400°C下以700r/min的攪拌速率聚合17h制得中間相浙青，聚合壓力為3Mpa ;將中間相浙青在900°C下進行炭化處理；將經(jīng)炭化處理的中間相浙青在2850V下進行石墨化處理即可得到本發(fā)明人造石墨。實施例4本發(fā)明人造石墨的制備方法
采用浙青為原料，將浙青放入反應釜中，控制溫度為420°C下以800r/min的攪拌速率聚合14h制得中間相浙青，聚合壓力為0. 5Mpa ;將中間相浙青在1000°C下進行炭化處理；將經(jīng)炭化處理的中間相浙青在2700°C下進行石墨化處理3h即可得到本發(fā)明人造石墨。實施例5本發(fā)明人造石墨的制備方法
采用浙青為原料，將浙青放入反應釜中，控制溫度為480°C下以1000r/min的攪拌速率聚合3h制得中間相浙青，聚合壓力為IOMpa ;將中間相浙青在1500°C下進行炭化處理；將 經(jīng)炭化處理的中間相浙青在2400°C下進行石墨化處理3h即可得到本發(fā)明人造石墨。實施例6本發(fā)明人造石墨在制備鋰離子電池負極材料中的應用效果
將上述實施例1-5所制備得到的人造石墨粉碎分級得到鋰離子電池負極材料1-5，將上述實施例1-5所制備得到的人造石墨直接與天然鱗片石墨混合粉碎分級得到鋰離子電池負極材料6-10。測定各負極材料的首次效率、首次容量以及電極膨脹系數(shù)，測定結(jié)果如表I所示。表I不同原料制備的電池負極材料性能比較
權(quán)利要求
1.一種人造石墨的制備方法，其特征在于其包括如下步驟 聚合以浙青為原料，將浙青放入反應釜中，控制溫度為35(T480°C、攪拌轉(zhuǎn)速為40(Tl000r/min進行聚合反應即可制得中間相浙青； 炭化處理將中間相浙青在600-1500°C下進行炭化處理； 石墨化處理將上述經(jīng)炭化處理的中間相浙青進行石墨化處理即可得到人造石墨，其中石墨化處理的處理溫度為2400-3000°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造石墨的制備方法，其特征在于所述浙青是普通中溫浙青或改質(zhì)浙青。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造石墨的制備方法，其特征在于所述浙青的軟化點在80-110°C，灰分小于等于1%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造石墨的制備方法，其特征在于所述步驟I)中聚合反應壓力為O. Ol-lOMpa，聚合時間為3 24h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造石墨的制備方法，其特征在于所述步驟3)中石墨化處理的處理時間為1-5 ho
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人造石墨的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中石墨化處理的處理溫度為3000°C，處理時間為5h。
7.權(quán)利要求1-6所述制備方法得到的人造石墨在制備鋰離子電池負極材料的應用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應用，其特征在于所述鋰離子電池負極材料為人造石墨或人造石墨與天然碳材料的混合材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應用，其特征在于所述鋰離子電池負極材料的制備方法包括將人造石墨直接粉碎或?qū)⑷嗽焓c天然碳材料混合后粉碎。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應用，其特征在于天然碳材料為天然鱗片石墨。
全文摘要
本發(fā)明請求保護一種人造石墨的制備方法及其應用，屬于鋰電池領(lǐng)域。該人造石墨的制備方法以瀝青為原料，只需聚合、炭化、石墨化即可制備得到性能優(yōu)良的人造石墨；其可以單獨或者與天然炭材料混合后制備鋰電子電池負極材料。本發(fā)明人造石墨的制備方法具有工藝簡單、能耗和生產(chǎn)成本低的優(yōu)點，利用其制備得到的鋰電子電池負極材料首次效率和首次容量高，電極膨脹系數(shù)低，因此本發(fā)明非常適用于工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的推廣應用價值。
文檔編號H01M4/583GK103022494SQ20121056146
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者閆桂林, 劉春龍, 韓波, 劉越 申請人:濟寧碳素集團有限公司, 山東晨陽新型碳材料股份有限公司